Загальні відомості про елементи - неметали та їхні сполуки, Детальна інформація

Друга стадія—окиснення діоксиду сульфуру і добування триоксиду сульфуру:

V2O5

2SO2 + O2 2SO3, \x0394H = -197,9 кДж.

Окиснення відбувається в контактному апараті за наявності каталізатора і високої температури.

Але ви можете запитати, навіщо тут висока температура, якщо реакція екзотермічна. Адже ми знаємо, що згідно з принципом Ле Шательє зміщенню рівноваги у бік утворення SO3 сприятимуть низька температура і високий тиск.

Це справедливо, але річ у тім, що високий тиск застосувати майже неможливо, бо SO3 одразу перейде у рідкий стан. І низькі температури використати не можна, бо швидкість реакції буде надто малою. Тому й застосовують каталізатор V2O5, щоб пришвидшити процес, а каталізатор сам стає активним лише при 450 °С. Ось чому, незважаючи на екзотермічність реакції, використовують ще додаткове нагрівання. Теплоту, яка виділяється під час реакції, відводять і використовують для нагрівання випалювального газу, який встигає охолонути, проходячи складну систему очисних споруд перед надходженням у контактний апарат (див. схему виробництва сульфатної кислоти на вклейці).

Отже, процес окиснення SO2 в SO3 здійснюється складно, бо ця реакція оборотна й екзотермічна. Умови її здійснення визначаються в основному згідно з принципом Ле Шательє.

Третя стадія виробництва—поглинання триоксиду сульфуру й утворення сульфатної кислоти Н2SO4.

Добутий у контактному апараті триоксид сульфуру SO3 надходить у поглинальну башту — абсорбер, де поглинається концентрованою сульфатною кислотою (масова частка Н2SO4 96—98 %). В абсорбері SO3 взаємодіє з водою, що міститься у концентрованому розчині сульфатної кислоти, утворюючи безводну,

100 %-ву сульфатну кислоту, яка називається моногідратом:

SO3 + Н2О = Н2SO4; \x0394H = -130,6 кДж

Чистою водою поглинати триоксид сульфуру SO3 не можна, оскільки утворюється дуже стійкий «туман» з дрібних крапель сульфатної кислоти, який погано конденсується.

Кінцевий продукт виробництва—олеум (розчин SO3 у моногідраті). Його розбавляють водою до сульфатної кислоти потрібної концентрації.

Охорона праці та навколишнього середовища у виробництві сульфатної кислоти. Захист біосфери від забруднення викидами хімічних виробництв — найважливіша проблема сучасності. У виробництві сульфатної кислоти можуть бути втрати якоїсь кількості діоксиду SO2 і триоксиду сульфуру SO3 та викидання їх в атмосферу, що спричинює кислотні дощі. Вони сприяють підвищенню кислотності ґрунтів і зниженню врожаїв, збільшенню кислотності водойм і загибелі його мешканців. Кислотні дощі спричинюють корозію металів, руйнують лакофарбові покриття. Під їх згубною дією руйнуються будівельні матеріали, пам'ятники архітектури.

Щоб запобігти утворенню кислотних дощів і забезпечити охорону здоров'я працівників, намагаються не допускати викидання оксиду сульфуру (IV) SO2 в атмосферу і в цехи заводу. З цією метою своєчасно ремонтують апаратуру,

встановлюють фільтри, поглиначі, вентиляцію, суворо додержують технологічного режиму, використовують засоби індивідуального захисту працівників, удосконалюють й автоматизують виробничі процеси, герметизують устаткування та апаратуру, впроваджують принцип безвідхідності та ефективні методи очищення відхідних газів. З них тепер вловлюють SO2 і знову повертають його у виробництво. Застосовують також методи добування цінних побічних продуктів з промислових відходів.

Над проблемою повної утилізації та переробки відходів виробництва сульфатної кислоти нині працюють інженери і техніки. Адже реалізація принципу безвідхідності дає змогу не тільки істотно збільшувати вихід кислоти, пщвищувати ефективність виробництва, а й охороняти здоров'я людей і зберігати чистоту навколишнього середовища.

§ 8. РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ НА ВИХІД ПРОДУКТУ

Ви розумієте, що в основі виробництва сульфатної кислоти (так само і будь-якого іншого хіміко-технологічного процесу) лежить хімічне перетворення речовин —хімічні реакції. Їхню суть виражають хімічними рівняннями, що складаються на основі закону збереження маси речовин.

Знання закону збереження маси дає змогу не тільки складати рівняння реакцій, а й проводити за ними різні розрахунки, у тому числі обчислювати вихід продукту виробництва.

Вихід продукту—важливий показник ефективності виробничого процесу. На його підставі роблять висновок про повноту використання сировини тощо. Річ у тім, що в реальних виробничих умовах через оборотність багатьох реакцій і виробничі втрати вихід продукту реакції завжди менший від того, який мав би утворитись згідно з рівнянням реакції (на підставі закону збереження маси). Отже, практичний вихід продукту завжди менший за теоретичний.

Вихід продукту — це відношення фактично добутого продукту до максимально можливого, обчисле-ного за рівнянням реакції.

Вихід продукту виражають у частках одиниці або у відсотках. Зверніть увагу, що для розв'язування задач на вихід продукту зовсім не має значення, як його обчислювати: за відношенням мас, об'ємів чи кількості речовини. В усіх цих випадках буде знайдено те саме значення шуканої величини.

Розглянемо конкретні приклади.

Задача 1. З 320 т сірчаного колчедану, масова частка Сульфуру в якому 45 %, добуто сульфатну кислоту масою 405 т (у перерахунку на безводну). Обчислити вихвд сульфатної кислоти.

Дано: m (FeS2) =320 т

w (S) = 45%=0,45

m (H2SO4) = 405 т

вихід H2SO4 = ?

1. Обчислюємо масу Сульфуру, що міститься у 320 т сірчаного колчедану: